變壓器繞組變形檢測方法研究

　　在眾多電力事故中，變壓器繞組故障占了很大的比例，國內(nèi)外也積ji開展了許多相關(guān)的研究分析工作，希望能找到一種有效的方法來檢測和診斷繞組結(jié)構(gòu)的變形。在變壓器繞組變形早期，集中參數(shù)檢測法是zui常用的分析方法，但由于各種限制和約束，這種方法只能診斷繞組嚴(yán)重變形，這樣的操作過程不僅繁瑣而且不靈敏。

　　此外，還有一種非常直觀的吊蓋檢查方法，但這種方法也有很多缺點(diǎn)。除了無法準(zhǔn)確檢查繞組內(nèi)部的變形外，操作起來非常困難，需要大量的人力物力。目前國際上zui常用的是低壓脈沖分析法、短路電抗試驗(yàn)法、頻率響應(yīng)分析法和振動(dòng)分析法。

　　1低壓脈沖分析方法

　　1966年，波蘭人萊赫和季明斯基提出了LVI方法?；驹硎潜容^變壓器繞組激勵(lì)端和響應(yīng)端時(shí)域信號(hào)的變化，從而得到繞組的狀態(tài)信息。具體方法是:在被測變壓器繞組一端輸入穩(wěn)定的低壓脈沖信號(hào)源，然后在信號(hào)端和其他端同步記錄電壓波形數(shù)據(jù)，zui后比較激勵(lì)端和響應(yīng)端時(shí)域信號(hào)的變化。一般來說，一旦繞組變形，繞組上電容和電感的等效參數(shù)就會(huì)同步變化，這意味著繞組的內(nèi)部特性也會(huì)發(fā)生變化。因此，通過在變壓器繞組上輸入相同的低壓脈沖信號(hào)，然后根據(jù)變形前后響應(yīng)信號(hào)的變化，可以得到繞組的狀態(tài)信息[1]。

　　低壓脈沖法常用作短路容差試驗(yàn)，檢查變壓器。當(dāng)時(shí)受限于計(jì)算機(jī)信息和電子技術(shù)的發(fā)展，這種方法并沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展和普及。直到20世紀(jì)80年代，依靠微處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，低壓脈沖法注入了新的發(fā)展動(dòng)力。如今，俄羅斯等國提出了許多改進(jìn)這種方法的措施，相信低壓脈沖法在未來會(huì)更好地為人們服務(wù)。

　　2頻率響應(yīng)方法

　　頻率響應(yīng)法是加拿大科學(xué)家迪克于1978年shouci提出的。具體方法是將掃頻信號(hào)送入變壓器繞組的一側(cè)端口，在另一側(cè)端口同步記錄輸出響應(yīng)信號(hào)，然后根據(jù)不同頻點(diǎn)輸入頻率與輸出頻率的比值繪制相應(yīng)的頻譜圖。頻譜圖的本質(zhì)是反映不同頻率條件下變壓器繞組電壓的不均勻分布。當(dāng)頻譜曲線達(dá)到峰值時(shí)，說明此時(shí)繞組內(nèi)的電壓分布可能達(dá)到j(luò)i值狀態(tài)，可能導(dǎo)致諧振[2]。即通過研究分析相似特定頻譜曲線的變化，可以對繞組的結(jié)構(gòu)特性做出相應(yīng)的判斷。

　　頻響法雖然在靈敏度上有明顯的優(yōu)勢，但也有很多缺點(diǎn):一方面只適用于變壓器停機(jī)狀態(tài)，不同型號(hào)不兼容，無法建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來明確故障來源；另一方面，需要保證測線模式的一致性和可重復(fù)性，對操作人員的專業(yè)技能要求較高，因此其進(jìn)一步的應(yīng)用和推廣受到很大限制。

　　3短路電抗測試方法

　　短路電抗測試法(SCR法)zui早提出于蘇聯(lián)時(shí)代。繞組變形會(huì)導(dǎo)致漏磁回路發(fā)生相應(yīng)的變化，漏磁回路的變化可以通過漏抗的變化直接反映出來。因此，可以通過漏抗的變化來判斷繞組結(jié)構(gòu)。當(dāng)變壓器短路時(shí)，可以根據(jù)短路前后測得的短路電抗變化來判斷繞組是否變形。在一定范圍內(nèi)，即短路電抗變化不大時(shí)，可以判斷繞組基本沒有變形，當(dāng)數(shù)值超過標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，可以判斷已經(jīng)發(fā)生變形。其變化的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)可參考新國標(biāo):進(jìn)行變壓器短路試驗(yàn)時(shí)，要求測量試驗(yàn)前后各繞組的短路電抗，試驗(yàn)前后的變化作為判斷其質(zhì)量的主要依據(jù)。

　　在評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)上，各國根據(jù)自己的實(shí)際情況有所不同。比如IEC、IEEE標(biāo)準(zhǔn)中，短路電抗變化率超過3個(gè)點(diǎn)，屬于異常；在意大利標(biāo)準(zhǔn)中，要求不超過2.5個(gè)點(diǎn)。一旦超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就需要增加測量的次數(shù)。如果超過5個(gè)點(diǎn)，應(yīng)立即停止運(yùn)行；國標(biāo)GB1094.5根據(jù)變壓器的不同類型有不同的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn):對于圓形同心線圈的變壓器，短路電抗的變化率應(yīng)低于2個(gè)點(diǎn)，對于低壓線圈纏繞金屬箔且阻抗電壓≥3個(gè)點(diǎn)的變壓器，標(biāo)準(zhǔn)變化率應(yīng)低于4個(gè)點(diǎn)；對于阻抗電壓為變壓器且大于等于3個(gè)點(diǎn)的非圓形同心線圈，標(biāo)準(zhǔn)變化率應(yīng)低于7.5個(gè)點(diǎn)。對于其他特殊情況，廠家或使用部門可以合理協(xié)商，適當(dāng)降低7.5個(gè)點(diǎn)[3]的數(shù)值。

　　經(jīng)過多年的實(shí)踐，短路電抗測試方法逐漸形成了統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn)，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。與其他方法相比，短路電抗測試法在評(píng)估繞組變形方面具有更強(qiáng)的重復(fù)性和更高的準(zhǔn)確性。因此，短路電抗測試法無論在理論上還是在實(shí)踐中都是判斷變壓器繞組變形的一種非常有效的方法。

　　4振動(dòng)分析方法

　　20世紀(jì)80年代，俄羅斯學(xué)者shouci提出振動(dòng)分析方法。主要原理是在線監(jiān)測變壓器的振動(dòng)信號(hào)，通過分析振動(dòng)信號(hào)判斷繞組的實(shí)際狀態(tài)。簡單來說，就是通過振動(dòng)傳感器獲得變壓器箱壁上的振動(dòng)信號(hào)，通過各種振動(dòng)因素引起繞組機(jī)械特性的變化來診斷繞組。只要其機(jī)械特性發(fā)生變化，就能以高靈敏度直接反映在振動(dòng)特性參數(shù)中。此外，振動(dòng)信號(hào)檢測與變壓器高壓系統(tǒng)之間沒有直接的電接觸，因此變壓器的正常運(yùn)行不會(huì)受到測量系統(tǒng)的影響，表明振動(dòng)分析方法是anquan的。

　　近年來，美國等發(fā)達(dá)國家對振動(dòng)分析方法的各個(gè)方面進(jìn)行了研究和分析，并進(jìn)行了多項(xiàng)相關(guān)試驗(yàn)。測試結(jié)果表明，合格率達(dá)80個(gè)點(diǎn)以上，振動(dòng)分析方法受到廣泛歡迎和應(yīng)用。雖然國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，但正在積ji開展。相關(guān)研究人員利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集裝置和高精度加速度傳感器，建立了一套變壓器振動(dòng)信號(hào)測試系統(tǒng)。其工作原理是:在上位機(jī)后臺(tái)對振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分類分析，然后通過建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型提取振動(dòng)參數(shù)并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相關(guān)參數(shù)，從而完成繞組運(yùn)行的在線診斷[4]。

　　總的來說，振動(dòng)分析方法在準(zhǔn)確性和實(shí)用性方面具有明顯的優(yōu)勢，但仍處于不斷發(fā)展和探索的階段。振動(dòng)分析方法的發(fā)展依賴于許多技術(shù)的進(jìn)步，包括數(shù)據(jù)檢測、信號(hào)處理技術(shù)，以及模糊控制、小波分析等人工智能算法的普及。為了提高振動(dòng)監(jiān)測方法的診斷功能，從振動(dòng)信號(hào)中獲取更有效的信息，bixu不斷加大研究的力度和深度，積累經(jīng)驗(yàn)，開拓創(chuàng)新[5]。

　　5幾種檢測方法的比較

　　低壓脈沖分析法。優(yōu)點(diǎn)是速度快、靈敏度高，缺點(diǎn)是抗干擾能力差、測量方法復(fù)雜。而且靈敏度受測試?yán)@線位置的影響，尤其是頭端位置的靈敏度嚴(yán)重不足，只能靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)來判斷。

　　頻率響應(yīng)分析法。優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)場測試的重復(fù)性和抗干擾能力，缺點(diǎn)在于尚未建立統(tǒng)一的特征量分析標(biāo)準(zhǔn)，這也取決于工作人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

　　短路電抗測試方法。主要優(yōu)點(diǎn)是判斷和接線方法統(tǒng)一方便，測試程序簡單。雖然其判斷標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)并不統(tǒng)一，但每個(gè)國家都根據(jù)自身情況制定了自己的判斷標(biāo)準(zhǔn)，也建立了IEC、國標(biāo)等更quanmian、更通用的標(biāo)準(zhǔn)。但該方法需要離線進(jìn)行，對實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高，測試時(shí)間長，在一定程度上限制了其現(xiàn)場使用。此外，與上述兩種方法相比，在繞組變形不明顯時(shí)，測試靈敏度較低。

　　振動(dòng)分析方法優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行在線監(jiān)測和診斷。振動(dòng)信號(hào)由加速度傳感器采集，不會(huì)影響變壓器的正常工作。但變壓器工作模式、溫度等因素會(huì)嚴(yán)重影響振動(dòng)信號(hào)的測量結(jié)果，需要進(jìn)一步研究和更好的發(fā)展。

　　短路電抗的在線監(jiān)測方法。它具有抗干擾能力強(qiáng)、判斷標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、在線監(jiān)測判斷等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在工程實(shí)踐中，可以在線監(jiān)測繞組狀況，及時(shí)維修，通過判斷結(jié)果可以知道變壓器退出運(yùn)行的zui佳時(shí)間。短路電抗試驗(yàn)在狀態(tài)檢修工程和預(yù)防電力事故中起著重要作用。

　　6結(jié)論

　　詳細(xì)介紹了變壓器繞組變形的檢測方法，包括低壓脈沖分析法、頻率響應(yīng)法、短路電抗測試法和振動(dòng)分析法。同時(shí)對這些方法進(jìn)行了比較，得出短路電抗試驗(yàn)結(jié)合在線監(jiān)測可以在線監(jiān)測繞組狀況，以便及時(shí)檢修，通過判斷結(jié)果可以知道變壓器退出運(yùn)行的zui佳時(shí)間，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。